CN107002276B - 区熔晶体的自动生长方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种区熔晶体的自动生长方法及系统，方法包括如下步骤：在自动扩肩生长阶段，当单晶的直径大于某层圆台形生长区间的下底面直径且小于上底面直径时，单晶所处的生长区间即为该层圆台形生长区间；单晶在所处的已配置生长参数的生长区间生长；其中，生长参数至少包括多晶下降速度和加热功率，分别按照已配置的函数关系调整使单晶按照所处的生长区间已配置的生长角度生长；其中，生长角度指的是圆台母线与下底面之间的夹角；当单晶的直径达到目标值时，切换至自动等径生长阶段，此时，单晶所处的生长区间是最上层的生长区间，单晶在该生长区间沿轴向生长。本发明生长的单晶的实际形状可以预知。

Description

区熔晶体的自动生长方法及系统
技术领域
本发明涉及区熔晶体的生长方法及生产设备，尤其涉及一种区熔晶体的自动生长方法及系统。
背景技术
近年来，区熔单晶硅晶体生长的工艺水平有了大幅提高，已经具备人工拉制8英寸单晶的水平。区熔法生长单晶的工艺过程主要由预热、化料、引晶、扩肩、等径、收尾组成。对于大尺寸单晶来讲，采用全人工方式进行拉晶有着显著的缺点，主要体现在大尺寸单晶拉制时间过长，量产难度大；人为影响因素大，生长过程难以控制；单晶质量一致性差等。
为解决上述问题，现有技术中出现了自动生产单晶的方法，可以实现扩肩和等径生长阶段的自动生长，但是存在单晶实际生长形状只能在生长完成后才能知道，单晶生长形状无法预先设定的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种区熔晶体的自动生长方法及系统，与现有技术相比，解决了生长的单晶的形状无法预知的技术问题。
一方面，本发明提供区熔晶体的自动生长方法，包括如下步骤：
人工引晶及扩肩，形成单晶；当单晶的直径大于已配置的多层圆台形生长区间的最下层圆台形生长区间下底面的直径后，切换至自动扩肩生长阶段；
在自动扩肩生长阶段，当单晶的直径大于某层圆台形生长区间的下底面直径且小于上底面直径时，单晶所处的生长区间即为该层圆台形生长区间；单晶在所处的已配置生长参数的生长区间生长；其中，生长参数至少包括多晶下降速度和加热功率，分别按照已配置的函数关系调整使单晶按照所处的生长区间已配置的生长角度生长；其中，生长角度指的是圆台母线与下底面之间的夹角；
当单晶的直径达到目标值时，切换至自动等径生长阶段，此时，单晶所处的生长区间是最上层的生长区间，单晶在该生长区间沿轴向生长。
优选的，所述生长参数还包括单晶下降速度，单晶旋转速度，多晶旋转速度和下熔区等效高度，其中，下熔区等效高度指的是与下熔区液体体积相等的圆柱形熔区的高度。
优选的，在自动扩肩生长阶段，多晶下降速度已配置的函数关系具体为：
Figure BDA0000831192740000021
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径，ρl为晶体的液态密度，ρs为晶体的固态密度，hlqd为下熔区等效高度，θ为单晶所处的生长区间已配置的生长角度。
优选的，在自动等径生长阶段，多晶下降速度按照已配置的函数关系调整，函数关系具体为：
Figure BDA0000831192740000022
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径。
优选的，在自动扩肩生长阶段，加热功率已配置的函数关系P＝f(d)是采用曲线拟合技术得到的，其中，P为加热功率，d为单晶的直径。
优选的，所述曲线拟合技术采用多项式作为拟合函数。
优选的，所述曲线拟合技术采用最小二乘拟合方法。
另一方面，本发明还提供一种区熔晶体的自动生长系统，包括：
直径测量设备，用于测定单晶的直径；
多晶下降伺服电机，用于控制多晶原料棒的下降速度；
高频加热设备，用于对晶体进行加热；
可编程逻辑控制器，用于存储已配置的多层圆台形生长区间和各生长区间已配置的生长角度，其中，生长角度指的是圆台母线与下底面之间的夹角；还用于存储已配置的多晶下降速度的函数关系，以及加热功率函数关系；
所述可编程逻辑控制器还用于在单晶的直径大于已配置的最下层圆台形生长区间下底面的直径后，切换至自动扩肩生长阶段；还用于在自动扩肩生长阶段，当单晶的直径大于某层圆台形生长区间的下底面直径且小于上底面直径时，判断单晶所处的生长区间即为该层圆台形生长区间，并按该生长区间已配置的生长参数控制单晶生长，其中，至少控制多晶下降伺服电机使得多晶下降速度按照已配置的函数关系调整，同时控制高频加热设备使得加热功率按照已配置的函数关系调整；还用于在单晶的直径达到目标值时，切换至自动等径生长阶段，控制单晶沿轴向生长。
优选的，所述生长参数还包括单晶下降速度，单晶旋转速度，多晶旋转速度和下熔区等效高度，其中，下熔区等效高度指的是与下熔区液体体积相等的圆柱形熔区的高度。
优选的，所述直径测量设备还用于测定多晶原料棒的直径；
所述可编程逻辑控制器，还用于控制所述多晶下降伺服电机，且在自动扩肩生长阶段，所述多晶下降速度已配置的函数关系具体为：
Figure BDA0000831192740000031
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径，ρl为晶体的液态密度，ρs为晶体的固态密度，hlqd为下熔区等效高度，θ为单晶所处的生长区间已配置的生长角度。
优选的，所述直径测量设备还用于测定多晶原料棒的直径；
所述可编程逻辑控制器，还用于控制所述伺服电机且在自动等径生长阶段，多晶下降速度按照已配置的函数关系调整，所述多晶下降速度已配置的函数关系具体为
Figure BDA0000831192740000032
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径。
优选的，在自动扩肩生长阶段，加热功率已配置的函数关系P＝f(d)是采用曲线拟合技术得到的，其中，P为加热功率，d为单晶的直径。
优选的，所述曲线拟合技术，采用多项式作为拟合函数。
优选的，所述曲线拟合技术，采用最小二乘拟合方法。
本发明的区熔晶体的自动生长方法及系统，在自动扩肩生长阶段，单晶在所处的已配置生长参数的生长区间生长，生长参数中的多晶下降速度和加热功率分别按照已配置的函数关系调整使单晶按照所处的生长区间已配置的生长角度生长，这样，使单晶实际生长形状是可以预知的。与现有技术相比，本发明的区熔晶体的自动生长方法及系统生长的单晶的实际形状是可以预知的，进而可以方便的形成符合所需的单晶的形状，减少了原料的浪费，同时减少了的人工操作，增强了单晶质量的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为利用悬浮区熔法制备晶体的示意图；
图2为本发明的区熔晶体的自动生长方法中已配置的多层圆台形生长区间及每个圆台形生长区间已配置的生长角度的示意图；
图3为按照图2所示的已配置的多层圆台形生长区间及每个圆台形生长区间已配置的生长角度生长的单晶的示意图；
图4为本发明的区熔晶体的自动生长方法制备晶体的示意图；
图5为本发明的区熔晶体的自动生长方法的流程图。
附图标记说明：
10多晶原料棒，20加热设备，31上熔区，32下熔区，40籽晶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，利用悬浮区熔法制备晶体是在充满氩气的密封反应室中进行的。首先将圆柱形多晶原料棒10垂直放置在高温反应室里，用高频加热设备20将多晶原料棒的末端融化，产生一熔区，其中，位于高频加热设备之上的熔区部分为上熔区31，位于高频加热设备之下的熔区部分为下熔区32；然后把籽晶40熔入已经熔化的区域，熔体将会藉着熔融晶体的表面张力而悬浮在籽晶与多晶原料棒之间；之后，高频加热设备缓慢向上升高而把熔融晶体上方部分的多晶原料棒熔化。此时靠近籽晶的一端熔融晶体开始凝固，形成与籽晶相同的晶向。当高频加热设备扫过整个多晶原料棒后，使其转变成单晶的晶棒。
本发明的区熔晶体的自动生长方法，是利用悬浮区熔法的自动生长方法，要实现的目标是在保证成晶(即不发生晶变，导致单晶生长失败变为多晶)的前提条件下，在自动扩肩生长阶段和自动等径生长阶段中，单晶能够按照设定的形状生长。为了实现这个目标，首先应该设置单晶的设定形状；然后，通过对单晶生长过程中的生长参数加以控制以实现单晶实际生长形状与单晶的设定形状一致。为了实现单晶实际生长形状与单晶设定形状一致，需要对利用悬浮区熔法制备晶体的单晶生长过程中的多个生长参数进行控制，包括单晶下降速度，单晶旋转速度，多晶下降速度，多晶旋转速度，加热功率和下熔区等效高度，其中，下熔区等效高度指的是与下熔区液体体积相等的圆柱形熔区的高度。与晶体实际生长形状密切相关的生长参数包括加热功率，以及多晶下降速度和单晶下降速度之间的配合关系。因此，需要对加热功率，多晶下降速度和单晶下降速度之间的配合关系进行精确控制。
在利用区熔晶体的自动生长方法生长单晶之前，首先，需要设置单晶的设定形状，具体包括：设置多个同轴且层叠排列的圆台形生长区间和每个生长区间的生长角度，每一层生长区间上底面的直径大于下底面的直径且每一层生长区间上底面作为上一层圆台形生长区间的下底面；其中，生长角度指的是圆台母线与下底面之间的夹角，最上层生长区间上底面的直径大于目标直径；即通过配置多层圆台形生长区间和配置各生长区间的生长角度，限定了单晶的设定形状；圆台形生长区间位于下方的底面为下底面，位于上方的底面为上底面；
下面给出区熔晶体的自动生长方法生长直径为8英寸(1英寸＝25.4mm，其中，mm为毫米)的单晶硅时，配置18层圆台形生长区间和各生长区间的生长角度以限定了单晶的设定形状的实例，需要说明的是，在本实施例中，区熔晶体的自动生长方法生长单晶硅仅用于举例，区熔晶体的自动生长方法不限于生长单晶硅，还可以是其他单晶晶体。设置的生长区间数量为18个，依次为40～80mm，80～85mm，85～95mm，95～110mm，110～130mm，130～140mm，140～150mm，150～160mm，160～165mm，165～175mm，175～183mm，183～186mm，186～190mm，190～194mm，194～198mm，198～200mm，200～202mm，202～204.0mm，生长区间的生长角度依次为72°，78°，81°，78°，77°，77°，78°，79°，80°，80.5°，81°，83°，85°，86°，87°，88°，89°，90°；90°表示单晶沿轴向生长，单晶的直径不再需要增大；关于生长区间的数量，数量越多则按照生长区间的生长角度生长出的晶体表面越光滑；
为了图示方便，在图2中，仅以四段圆台形生长区间为例，圆台形生长区间用虚线表示，设定在d0～d1区间内，该生长区间内单晶的生长角度为θ1；在d1～d2区间内，该生长区间内单晶的生长角度为θ2；在d2～d3区间内，该生长区间内单晶的生长角度为θ3，在d3～d4区间内，该生长区间内单晶的生长角度为θ4＝90°，按照生长区间和每个生长区间的生长角度的单晶的设定形状如图3中实线所示，其中，最下端的细柱是籽晶；
之后，由工艺人员依据经验或以往拉晶数据，为每个所述生长区间的生长参数中的单晶下降速度，单晶旋转速度，多晶旋转速度和下熔区等效高度设置设定值，其中，如图4所示，下熔区等效高度hlqd是与下熔区液体体积相等的圆柱形熔区的高度；例如，在生长区间160.0～165.0mm内，多晶旋转速度为0.18rpm，单晶旋转速度为13.5rpm，单晶下降速度为2.5mm/min，下熔区等效高度7mm；即为每个生长区间配置了生长参数中的单晶下降速度，单晶旋转速度，多晶旋转速度和下熔区等效高度；
之后，根据预先存储的加热功率及对应的单晶直径的数据记录，采用曲线拟合技术，得到加热功率与单晶直径的函数关系；其中，预先存储的加热功率及对应的单晶直径的数据记录是以往人工扩肩过程中，计算机记录的加热功率及对应的单晶直径的历史数据；即生长参数还包括加热功率，为加热功率配置的函数关系；
最后，为多晶下降速度配置函数关系；通过对加热功率函数关系和多晶下降速度配置函数关系配置，实现单晶按照所处的生长区间已配置的生长角度生长。
下面给出利用区熔法制备晶体的方法生长等径处的直径为8英寸(1英寸＝25.4mm，其中，mm为毫米)的单晶的步骤：如图5所示，
人工引晶及扩肩，形成单晶；当单晶的直径大于已配置的多层圆台形生长区间的最下层圆台形生长区间下底面的直径40mm后，切换至自动扩肩生长阶段；
在自动扩肩生长阶段，当单晶的直径大于某层圆台形生长区间的下底面直径且小于上底面直径时，单晶所处的生长区间即为该层圆台形生长区间，即当单晶的直径大于40mm且小于80mm时，单晶所处的生长区间为最下层生长区间；当单晶的直径大于80mm且小于85mm时，单晶所处的生长区间为次下层生长区间；依次类推；单晶在所处的已配置生长参数的生长区间生长；其中，生长参数至少包括多晶下降速度和加热功率，分别按照已配置的函数关系调整使单晶按照所处的生长区间已配置的生长角度生长；其中，生长角度指的是圆台母线与下底面之间的夹角；
当单晶的直径达到目标值8英寸时，切换至自动等径生长阶段，此时，单晶所处的生长区间是最上层生长区间，单晶在最上层生长区间沿轴向生长。
本发明的利用区熔法制备晶体的方法，在自动扩肩生长阶段，单晶在所处的已配置生长参数的生长区间生长，生长参数中的多晶下降速度和加热功率分别按照已配置的函数关系调整使单晶按照所处的生长区间已配置的生长角度生长，这样，即单晶实际生长形状与单晶的设定形状比较接近，单晶实际生长形状是可以预知的。现有技术中，在单晶的生长过程中，无法预知得到的是什么形状的单晶。与现有技术相比，本发明的区熔晶体的自动生长方法生长的单晶的实际形状是可以预知的，进而可以方便的形成符合所需的单晶的形状，减少了原料的浪费，同时减少了的人工操作，增强了单晶质量的稳定性。
具体的，在自动扩肩生长阶段，多晶下降速度已配置的函数关系具体为：
Figure BDA0000831192740000081
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径，ρl为晶体的液态密度，ρs为晶体的固态密度，hlqd为下熔区等效高度，θ为当前生长区间已配置的单晶的生长角度，即多晶下降速度与单晶下降速度及已配置的生长角度之间是紧密配合的。多晶下降速度是与晶体生长形状密切相关的控制参数，通过控制多晶下降速度，可以实现晶体生长形状的精确控制。
在自动扩肩生长阶段，加热功率已配置的函数关系P＝f(d)是采用曲线拟合技术得到的，其中，P为加热功率，d为单晶的直径。加热功率，是与晶体实际生长形状密切相关的生长参数，需要精细化控制，而在采用曲线拟合技术得到的加热功率与单晶的直径的函数关系中，加热功率随单晶的直径连续变化，便于实现加热功率的精细化控制。
具体的，所述曲线拟合技术可以采用多项式作为拟合函数。
具体的，所述曲线拟合技术可以采用最小二乘拟合方法。
进一步的，在本实施例中，通过曲线拟合得到的单晶的加热功率与单晶直径的函数关系为：
P＝f(d)＝-2.871×10-8d4+1.273×10-5d3-2.089×10-3d2+0.4116d+29.76；其中，P为加热功率，d为单晶的直径。
具体的，在自动等径生长阶段，多晶下降速度按照已配置的函数关系调整，多晶下降速度已配置的函数关系具体为：
Figure BDA0000831192740000091
多晶下降速度是与晶体生长形状密切相关的控制参数，通过控制多晶下降速度，可以实现晶体生长形状的精确控制。
最后，当单晶的长度达到目标值后，结束自动等径生长阶段，人工进行收尾。
本发明的一种区熔晶体的自动生长系统，包括：
直径测量设备，用于测定单晶的直径；
多晶下降伺服电机，用于控制多晶原料棒的下降速度；
高频加热设备，用于对晶体进行加热；
可编程逻辑控制器，用于存储已配置的多层圆台形生长区间和各生长区间已配置的生长角度，其中，生长角度指的是圆台母线与下底面之间的夹角；还用于存储已配置的多晶下降速度的函数关系，以及加热功率函数关系；
所述可编程逻辑控制器还用于在单晶的直径大于已配置的最下层圆台形生长区间下底面的直径后，切换至自动扩肩生长阶段；还用于在自动扩肩生长阶段，当单晶的直径大于某层圆台形生长区间的下底面直径且小于上底面直径时，判断单晶所处的生长区间即为该层圆台形生长区间，并按该生长区间已配置的生长参数控制单晶生长，其中，至少控制多晶下降伺服电机使得多晶下降速度按照已配置的函数关系调整，同时控制高频加热设备使得加热功率按照已配置的函数关系调整；还用于在单晶的直径达到目标值时，切换至自动等径生长阶段，控制单晶沿轴向生长。
本发明的区熔晶体的自动生长系统，在自动扩肩生长阶段，当单晶的直径大于某层圆台形生长区间的下底面直径且小于上底面直径时，所述可编程逻辑控制器判断单晶所处的生长区间为该层圆台形生长区间，控制单晶在所处的已配置生长参数的生长区间生长，至少控制多晶下降伺服电机使得多晶下降速度按照已配置的函数关系调整，同时控制加热设备使得加热功率按照已配置的函数关系调整，使单晶按照所处的生长区间已配置的生长角度生长；这样，单晶实际生长形状是可以预知的。现有技术中，在单晶的生长过程中，无法预知得到的是什么形状的单晶。与现有技术相比，本发明的区熔晶体的自动生长系统生长的单晶的实际形状是可以预知的，进而可以方便的形成符合所需的单晶的形状，减少了原料的浪费，同时减少了的人工操作，增强了单晶质量的稳定性。
具体的，所述生长参数还包括单晶下降速度，单晶旋转速度，多晶旋转速度和下熔区等效高度，其中，下熔区等效高度指的是与下熔区液体体积相等的圆柱形熔区的高度；由工艺人员依据经验或以往拉晶数据，为每个所述生长区间的生长参数中的单晶下降速度，单晶旋转速度，多晶旋转速度和下熔区等效高度设置设定值。
具体的，所述直径测量设备还用于测定多晶原料棒的直径；
所述可编程逻辑控制器，还用于控制所述多晶下降伺服电机，且在自动扩肩生长阶段，所述多晶下降速度已配置的函数关系具体为：
Figure BDA0000831192740000101
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径，ρl为晶体的液态密度，ρs为晶体的固态密度，hlqd为下熔区等效高度，θ为单晶所处的生长区间已配置的生长角度，即多晶下降速度与单晶下降速度及已配置的生长角度之间是紧密配合的。多晶下降速度是与晶体生长形状密切相关的控制参数，通过控制多晶下降速度，可以实现晶体生长形状的精确控制。
进一步的，区熔法制备晶体的系统还包括其他涉及运动的伺服电机及电机，如单晶下降伺服电机及单晶下降电机，单晶旋转伺服电机及单晶旋转电机，多晶旋转伺服电机及多晶旋转电机等，某一运动的伺服电机通过控制对应运动的电机从而控制对应运动的速度，如单晶旋转伺服电机用于通过控制单晶旋转电机从而控制单晶旋转速度。
具体的，所述可编程逻辑控制器，还用于控制所述伺服电机且在自动等径生长阶段，多晶下降速度按照已配置的函数关系调整，所述多晶下降速度已配置的函数关系具体为
Figure BDA0000831192740000111
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径。
在自动扩肩生长阶段，所述加热功率已配置的函数关系P＝f(d)是采用曲线拟合技术得到的，其中，P为加热功率，d为单晶的直径。加热功率，是与晶体实际生长形状密切相关的生长参数，需要精细化控制，而在采用曲线拟合技术得到的加热功率与单晶的直径的函数关系中，加热功率随单晶的直径连续变化，便于实现加热功率的精细化控制。
具体的，所述曲线拟合技术采用最小二乘拟合方法。
具体的，所述曲线拟合技术采用多项式作为拟合函数。
进一步的，在本实施例中，通过曲线拟合得到的单晶的加热功率与单晶直径的函数关系为：
P＝f(d)＝-2.871×10-8d4+1.273×10-5d3-2.089×10-3d2+0.4116d+29.76；其中，P为加热功率，d为单晶的直径。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种区熔晶体的自动生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
人工引晶及扩肩，形成单晶；当单晶的直径大于已配置的多层圆台形生长区间的最下层圆台形生长区间下底面的直径后，切换至自动扩肩生长阶段；
在自动扩肩生长阶段，当单晶的直径大于某层圆台形生长区间的下底面直径且小于上底面直径时，单晶所处的生长区间即为该层圆台形生长区间；单晶在所处的已配置生长参数的生长区间生长；其中，生长参数至少包括多晶下降速度和加热功率，分别按照已配置的函数关系调整使单晶按照所处的生长区间已配置的生长角度生长；其中，生长角度指的是圆台母线与下底面之间的夹角；
当单晶的直径达到目标值时，切换至自动等径生长阶段，此时，单晶所处的生长区间是最上层的生长区间，单晶在该生长区间沿轴向生长；
所述生长参数还包括单晶下降速度，单晶旋转速度，多晶旋转速度和下熔区等效高度，其中，下熔区等效高度指的是与下熔区液体体积相等的圆柱形熔区的高度；
在自动扩肩生长阶段，多晶下降速度已配置的函数关系具体为：
Figure FDA0002228039910000011
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径，ρl为晶体的液态密度，ρs为晶体的固态密度，hlqd为下熔区等效高度，θ为单晶所处的生长区间已配置的生长角度。
2.根据权利要求1所述的区熔晶体的自动生长方法，其特征在于，在自动等径生长阶段，多晶下降速度按照已配置的函数关系调整，函数关系具体为：
Figure FDA0002228039910000012
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径。
3.根据权利要求1所述的区熔晶体的自动生长方法，其特征在于，在自动扩肩生长阶段，加热功率已配置的函数关系P＝f(d)＝-2.871×10-8d4+1.273×10-5d3-2.089×10-3d2+0.4116d+29.76是采用曲线拟合技术得到的，其中，P为加热功率，d为单晶的直径。
4.根据权利要求3所述的区熔晶体的自动生长方法，其特征在于，所述曲线拟合技术采用多项式作为拟合函数。
5.根据权利要求4所述的区熔晶体的自动生长方法，其特征在于，所述曲线拟合技术采用最小二乘拟合方法。
6.一种区熔晶体的自动生长系统，其特征在于，包括：
直径测量设备，用于测定单晶的直径；
多晶下降伺服电机，用于控制多晶原料棒的下降速度；
高频加热设备，用于对晶体进行加热；
可编程逻辑控制器，用于存储已配置的多层圆台形生长区间和各生长区间已配置的生长角度，其中，生长角度指的是圆台母线与下底面之间的夹角；还用于存储已配置的多晶下降速度的函数关系，以及加热功率函数关系；
所述可编程逻辑控制器还用于在单晶的直径大于已配置的最下层圆台形生长区间下底面的直径后，切换至自动扩肩生长阶段；还用于在自动扩肩生长阶段，当单晶的直径大于某层圆台形生长区间的下底面直径且小于上底面直径时，判断单晶所处的生长区间即为该层圆台形生长区间，并按该生长区间已配置的生长参数控制单晶生长，其中，至少控制多晶下降伺服电机使得多晶下降速度按照已配置的函数关系调整，同时控制高频加热设备使得加热功率按照已配置的函数关系调整；还用于在单晶的直径达到目标值时，切换至自动等径生长阶段，控制单晶沿轴向生长；
所述生长参数还包括单晶下降速度，单晶旋转速度，多晶旋转速度和下熔区等效高度，其中，下熔区等效高度指的是与下熔区液体体积相等的圆柱形熔区的高度；
所述直径测量设备还用于测定多晶原料棒的直径；
所述可编程逻辑控制器，还用于控制所述多晶下降伺服电机，且在自动扩肩生长阶段，所述多晶下降速度已配置的函数关系具体为：
Figure FDA0002228039910000031
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径，ρl为晶体的液态密度，ρs为晶体的固态密度，hlqd为下熔区等效高度，θ为单晶所处的生长区间已配置的生长角度。
7.根据权利要求6所述的区熔晶体的自动生长系统，其特征在于，所述直径测量设备还用于测定多晶原料棒的直径；
所述可编程逻辑控制器，还用于控制所述伺服电机且在自动等径生长阶段，多晶下降速度按照已配置的函数关系调整，所述多晶下降速度已配置的函数关系具体为
Figure FDA0002228039910000032
其中，Vpoly为多晶下降速度，Vmono为单晶下降速度，D为多晶的实测直径，d为单晶的直径。
8.根据权利要求6所述的区熔晶体的自动生长系统，其特征在于，在自动扩肩生长阶段，加热功率已配置的函数关系P＝f(d)＝-2.871×10-8d4+1.273×10-5d3-2.089×10-3d2+0.4116d+29.76是采用曲线拟合技术得到的，其中，P为加热功率，d为单晶的直径。
9.根据权利要求8所述的区熔晶体的自动生长系统，其特征在于，所述曲线拟合技术，采用多项式作为拟合函数。
10.根据权利要求8所述的区熔晶体的自动生长系统，其特征在于，所述曲线拟合技术，采用最小二乘拟合方法。
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